CN111034235A - 小波长无线网络中的信标 - Google Patents

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Abstract

在用于网状网络内的通信的装置和方法中，提供了减少的信令开销。通信涉及使用两个不同的信标信号。对等信标包含时间同步和资源管理信息，以维护一个或多个相邻对等站之间的现有链路，而分开的网络发现信标包含标识该网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助希望加入该网状网络的无线通信站进行网络发现。实施例描述了对等站之间的协调以确定哪些站将发送网络发现信标，使得在任何给定的时间段中，并非所有站都需要发送发现信标。

Description

小波长无线网络中的信标
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月25日提交的美国临时专利申请序列号62/550,028的优先权和权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用合并于此。
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不适用
计算机程序附录的引用合并
不适用
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背景技术
1、技术领域
本公开的技术通常涉及站之间的定向无线通信，并且更具体地涉及在多跳中继定向无线通信网络内更有效地使用信标信令。
2、背景讨论
包括网状网络以及网状和非网状网络的混合体的毫米波长(mm波或mmW)无线网络变得越来越重要。由于需要更高的容量，网络运营商已开始接受实现密集化的概念。使用当前的低于6GHz的无线技术不足以满足高数据需求。一种替代方法是在30-300GHz频带毫米波频带(mmW)中利用附加频谱。
通常，启用mmW无线系统需要正确处理高频带的信道损伤和传播特性。高自由空间路径损耗、高穿透力、反射和衍射损耗会降低可用分集，并限制非视距(NLOS)通信。mmW的小波长使得能够使用实用尺寸的高增益电子可控定向天线。这样可以提供足够的阵列增益，以克服路径损耗并确保接收机处的高信噪比(SNR)。使用mmW频带的密集部署环境中的定向网状网络是实现节点之间可靠通信并克服视线信道限制的有效方法。
正在启动的新站节点将寻找要发现的相邻节点并要加入的网络。节点对网络的初始访问过程包括扫描相邻节点并发现本地附近的所有活动节点。这可以通过新节点搜索要加入的特定网络/网络列表来执行，或者通过新节点发送广播请求以加入将接受新节点的任何已经建立的网络来执行。
连接到网状网络的节点需要发现相邻节点，以决定到达网关/门户网状节点的最佳方式以及这些相邻节点中每个节点的性能。新节点将在特定时间段内检查每个信道中可能的相邻节点。如果在该特定时间之后未检测到活动节点，则新节点将移动以测试下一个信道。当检测到节点时，新节点收集足够的信息以配置其PHY层以在监管域(IEEE，FCC，ETSI，MKK等)中运行。由于定向传输，该任务在毫米波通信中更具挑战性。这个过程中的挑战可以概括为：(a)周围节点ID的知识；(b)波束成形的最佳传输模式的知识；(c)由于冲突和耳聋造成的信道访问问题；以及(d)由于阻塞和反射造成的信道损伤。设计一种克服上述某些或全部问题的邻域发现方法对于实现mmWave D2D和网状技术的普及至关重要。
网状网络的大多数现有技术都针对在广播模式下运行的网络提供了网状发现解决方案，并且不针对具有定向无线通信的网络。另外，在信标信号的生成方面，利用定向无线网络通信的那些技术通常具有非常高的开销需求。
因此，需要用于毫米波网络内的信标的增强机制。本公开满足了该需求并且提供了比现有技术更多的益处。
发明内容
能够在网状拓扑网络中建立和维护mmWave通信而不会引起显著的信令开销或网络发现延迟，这一点很重要。在公开的技术中，利用了两种不同类型的信标信号：(1)通信信标(对等信标)和(2)发现信标。这两个信标的使用允许发现功能和网络维护功能分离，因此节点站(STA)在这些战略目标信标中的每个信标中嵌入的信息较少。通过这些分离的信标使用本发明的装置和方法减少了信令开销。
所公开的技术协调网络中的STA之间的发现信标传输，以减少出于网络发现目的的不必要的信标传输。所公开的装置和方法定义了应如何以有效方式执行协调的一组规则。例如，所公开的技术减少了用于通信(对等)信标传输的扇区的数量，以减少要传输的信标帧的数量。所公开的技术还定义了一组规则，其允许以减少的信标开销来进行被动扫描和主动扫描。基于这些规则，新站点(那些试图加入网状网络的站点)可以发现网络延迟有限的现有网络。
在本公开中使用了许多术语，其含义通常在下面描述。
A-BFT：关联波束成形训练期；在信标中通告的用于对加入网络的新站点(STA)进行关联和BF训练的时间段。
AP：接入点；一种实体，它包含一个站(STA)，并通过无线媒体(WM)为关联的STA提供对分发服务的访问。
波束成形(BF)：不使用全向天线方向图或准全向天线方向图的定向传输。在发射机处使用波束成形来改善预期接收机处的接收信号功率或信噪比(SNR)。
BSS：基本服务集；与网络中的AP成功同步的一组站(STA)。
BI：信标间隔是循环的超帧周期，表示信标传输时间之间的时间。
BRP：BF优化协议；BF协议，它可以进行接收机训练，并反复训练发射机和接收机侧，以实现最佳的定向通信。
BTI：信标传输间隔，是连续的信标传输之间的间隔。
CBAP：基于竞争的访问时段；定向多吉比特(DMG)BSS的数据传输间隔(DTI)中的时间段，其中使用了基于竞争的增强型分布式信道访问(EDCA)。
DTI：数据传输间隔；允许进行完整的BF训练的时段，然后进行实际的数据传输。它可以包括一个或多个服务时段(SP)和基于竞争的访问时段(CBAP)。
ISS：内部子层服务。
MAC地址：媒体访问控制(MAC)地址。
MBSS：网状网基本服务集，形成网状站(MSTA)的自包含网络并且可以用作分发系统(DS)的基本服务集(BSS)。
MCS：调制和编码方案；定义可以转换为PHY层数据速率的索引。
MSTA：网状站(MSTA)：实现网状设施的站(STA)。在网状BSS中运行的MSTA可以为其他MSTA提供分发服务。
全向定向：无定向天线传输模式。
准全向定向：具有最大射束宽度的定向多吉比特(DMG)天线工作模式。
接收扇区扫描(RXSS)：通过不同的扇区接收扇区扫描(SSW)帧，其中在连续接收之间执行扫描。
RSSI：接收信号强度指示器(以dBm为单位)。
SLS：扇区级扫描阶段：BF训练阶段，可以包括多达四个部分：训练发起方的发起方扇区扫描(ISS)，训练响应方链接为使用SSW反馈和SSW ACK的响应方扇区扫描(RSS)。
SNR：接收的信噪比，以dB为单位。
SP：服务期；接入点(AP)计划的SP。计划的SP在固定的时间间隔开始。
频谱效率：在特定通信系统中可以在给定带宽上传输的信息速率，通常以比特/秒或赫兹为单位。
SSID：服务集标识符；分配给WLAN网络的名称。
STA：站；逻辑实体，它是与无线介质(WM)接口的介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)的单个可寻址实例。
扫描：由短波束成形帧间空间(SBIFS)间隔隔开的一系列传输，其中发射机或接收机的天线配置在传输之间改变。
SSW：扇区扫描，是一种操作，其中在不同的扇区(方向)中执行传输，并收集有关接收信号、强度等的信息。
传输扇区扫描(TXSS)：通过不同扇区传输多个扇区扫描(SSW)或定向多吉比特(DMG)信标帧，在连续传输之间执行扫描。
在说明书的以下部分中将提出本文描述的技术的其他方面，其中详细描述是为了完全公开本技术的优选实施例而不对其施加限制。
附图说明
参考以下仅用于说明目的的附图，将更充分地理解本文所述的技术：
图1是在IEEE 802.11无线局域网(WLAN)中执行的主动扫描的时序图。
图2是用于网状网络的节点图，示出了网状站点和非网状站点的组合。
图3是描述用于IEEE 802.11WLAN的网状标识元素的数据字段图。
图4是描述用于IEEE 802.11WLAN的网状配置元素的数据字段图。
图5是IEEE 802.11ad协议中的天线扇区扫描(SSW)的示意图。
图6是示出了IEEE 802.11ad协议中的扇区级扫描(SLS)的信令的信令图。
图7是描述用于IEEE 802.11ad的扇区扫描(SSW)帧元素的数据字段图。
图8是数据字段图，其描述了用于IEEE 802.11ad的SSW帧元素内的SSW字段。
图9A和图9B是描绘SSW反馈字段的数据字段图，该SSW反馈字段在被用作IEEE802.11ad时作为图9A中的ISS的一部分被发送而当不作为图9B中的ISS的一部分被发送时被示出。
图10是根据本公开的实施例使用的无线网络中的示例无线mmWave节点的无线节点拓扑。
图11是根据本公开的实施例使用的站硬件的框图。
图12是根据本公开的实施例使用的图11的站硬件的波束方向图。
图13A至图13C是根据本公开的实施例的无线节点拓扑和关联的发现信标扫描。
图14是示出根据本公开的实施例的，来自网状节点的发送和接收的通信周期图。
图15A至图15D是根据本公开的实施例的在其上描述信标主方法的无线节点拓扑。
图16是示出根据本公开的实施例的节点之间的协调结果的覆盖区域的天线方向图。
图17是根据本公开实施例的用于网状网络发现帧的扇区扫描图。
图18A和图18B是根据本公开的实施例的在其上执行最佳扇区通信方向的包围的无线节点拓扑。
图19是根据本公开实施例的发送对等信标的流程图。
图20是根据本公开的实施例的训练数据库创建和更新的流程图。
图21是示出根据本公开的实施例的在所有方向上发送发现信标的信标主控的通信周期图。
图22是示出根据本公开的实施例的对等信标超帧格式的通信周期图。
图23A至图23C是根据本公开的实施例执行的主信标转发和通告的无线节点图。
图24A至图24C是根据本公开的实施例的承担信标主角色的不同节点的无线节点图。
图25A至图25E是根据本公开的实施例的主信标中断处理的无线节点图。
图26A和图26B是根据本公开的实施例的随机主信标选择的流程图。
图27A和图27B是根据本公开实施例的基于序列的主信标选择的流程图。
图28是示出根据本公开的实施例的响应于节点之间的协作的覆盖区域的覆盖区域的天线方向图。
图29A至图29C是根据本公开的实施例使用的节点扇区覆盖图。
图30是根据本公开的实施例的用于新节点执行被动扫描以允许进入网状网络的消息传递图。
图31是根据本公开的实施例的用于新节点执行主动扫描以允许进入网状网络的消息传递图。
图32是示出根据本公开的实施例的所利用的节点之间的扇区覆盖的节点扇区覆盖图。
图33是根据本公开的实施例的节点扇区覆盖图，该节点扇区覆盖图示出了节点之间的扇区覆盖，其中新节点通过覆盖区域移动产生了影响。
图34A和图34B是根据本公开实施例的发现并加入网状网络的新节点的流程图。
图35是根据本公开实施例的新节点许可的信标主处理的流程图。
图36A和图36B是根据本公开的实施例执行的，由在新节点的范围之外的中心控制器实体协调的，允许新节点进入网状网络的消息传递图。
图37是根据本公开的实施例执行的，由在新节点的范围内的中心控制器实体协调的，允许新节点进入网状网络的消息传递图。
图38A和图38B是根据本公开的实施例的在执行辅助发现过程中的通信周期图。
具体实施方式
1、现有的定向无线网络技术
1.1、WLAN系统
在WLAN系统中，802.11定义了两种扫描模式：被动和主动扫描。以下是被动扫描的特征。(a)尝试加入网络的新站(STA)，检查每个信道并等待信标帧，直到MaxChannelTime。(b)如果没有接收到信标，则新的STA移动到另一个信道，因此节省了电池电量，因为新的STA在扫描模式下不发送任何信号。STA应该在每个信道上等待足够的时间，以便它不会丢失信标。如果信标丢失，则STA应等待另一个信标传输间隔(BTI)。
以下是主动扫描的特征。(a)想要加入本地网络的新STA根据以下内容在每个信道上发送探测请求帧。(a)(1)STA移至信道，等待传入帧或探测延迟计时器到期。(a)(2)如果在计时器到期后未检测到任何帧，则认为该信道未使用。(a)(3)如果没有使用信道，则STA移动到新信道。(a)(4)如果正在使用信道，则STA使用常规DCF获得对介质的访问权限并发送探测请求帧。(a)(5)如果信道从不忙碌，则STA等待期望的时间段(例如，最小信道时间)以接收对探测请求的响应。如果信道繁忙并且接收到探测响应，则STA等待更多时间(例如，最大信道时间)。
(b)探测请求可以使用唯一服务集标识符(SSID)、SSID列表或广播SSID。(c)在某些频带中禁止主动扫描。(d)主动扫描可能是干扰和冲突的来源，尤其是如果许多新的STA同时到达并试图访问网络时，尤其如此。(e)与使用被动扫描相比，主动扫描是STA获得对网络的访问权限的一种更快(更迅速)的方法，因为STA不需要等待信标。(f)在基础设施基本服务集(BSS)和IBSS中，至少一个STA处于唤醒状态，以接收并响应探测。(g)网状基本服务集(MBSS)中的STA可能在任何时间点都无法唤醒以进行响应。(h)开展无线电测量活动时，节点可能无法回答探测请求。(i)可能会发生探测响应的冲突。STA可以通过允许传输最后一个信标的STA传输第一探测响应来协调探测响应的传输。其他节点可以遵循并使用退避时间和常规的分布式协调功能(DCF)信道访问以避免冲突。
图1描绘了在IEEE 802.11WLAN中使用主动扫描，描绘了发送探测的扫描站和接收并响应探测的两个响应站。该图还显示了最小和最大探测响应时间。值G1被示出设置为SIFS，SIFS是发送确认之前的帧间间隔，而G3是DIFS，其是DCF帧间间隔，表示发送者在完成退避周期之后在发送RTS包之前等待的时间延迟。
1.2、IEEE 802.11s网状WLAN
IEEE 802.11s(以下称802.11s)是将无线网状网络功能添加到802.11标准的标准。802.11s定义了新型的无线电台以及新的信令，以实现网状网络发现，建立对等连接以及通过网状网络进行数据路由。
图2示出了网状网络的一个示例，其中非网状STA的混合连接到网状STA/AP(实线)，并且网状STA连接到包括网状门户的其他网状STA(虚线)。网状网络中的节点使用802.11标准中定义的相同扫描技术来发现邻居。网状网络的标识由信标和探测响应帧中包含的网状ID元素给出。在一个网状网络中，所有网状STA使用相同的网状配置文件。如果网状配置文件中的所有参数都匹配，则认为网状配置文件相同。网状配置文件包含在“信标”和“探测响应”帧中，以便其邻居可以通过扫描获得网状配置文件。
当网状STA通过扫描过程发现邻居网状STA时，发现的网状STA被认为是候选对等网状STA。它可以成为所发现的网状STA为其成员的网状网络的成员，并建立与邻居网状STA对等的网状。当网状STA使用与所接收的信标或探测响应帧为发现的邻居网状STA指示的相同的网状配置文件时，邻居网状STA可以被认为是候选对等网状STA。
网状STA尝试在网状邻居表中维护发现的邻居的信息，该信息包括：(a)邻居MAC地址；(b)工作信道号码；(c)最近观察到的链接状态和质量信息。如果未检测到邻居，则网状STA将网状ID用作其最高优先级配置文件并保持活动状态。用于发现邻居网状STA的所有先前信令均以广播模式执行。应当理解，802.11s并非针对具有定向无线通信的网络。
图3示出了用于通告网状网络的标识的网状标识元素(网状ID元素)。由愿意加入网状网络的新STA在探测请求中传输网状ID，并由现有的网状网络STA在信标和信号中传输网状ID。长度为0的网状ID字段表示通配符网状ID，该ID在探测请求帧内使用。通配符网状ID是防止非网状STA加入网状网络的特定ID。应当认识到，网状站是比非网状站具有更多特征的STA，例如，就像使STA作为除一些其他模块之外的模块运行以服务于网状功能一样。如果STA没有此网状模块，则不应允许它连接到网状网络。
图4描述了网状配置元素，该网状配置元素包含在由网状STA发送的信标帧和探测响应帧中，并且用于通告网状服务。网状配置元素的主要内容是：(a)路径选择协议标识符；(b)路径选择度量标识符；(c)拥塞控制模式标识符；(d)同步方法标识符；(e)认证协议标识符。网状配置元素的内容与网状ID一起形成了网状配置文件。
标准802.11a定义了许多过程和网状功能，包括：网状发现，网状对等管理，网状安全性，网状信标和同步，网状协调功能，网状功率管理，网状信道切换，三个地址，四个地址和扩展地址帧格式，网状路径选择和转发，与外部网络的互通，网状BSS中的网状内部拥塞控制和紧急服务支持。
1.3、WLAN中的毫米波
毫米波段的WLAN通常需要使用定向天线进行发送、接收或两者，以解决高路径损耗并为通信提供足够的SNR。在发送或接收中使用定向天线也使扫描过程具有定向性。IEEE802.11ad和新标准802.11ay定义了用于扫描和波束成形以便在毫米波段上进行定向传输和接收的过程。
1.4、IEEE 802.11ad扫描和BF训练
毫米波WLAN最先进的系统的一个示例是802.11ad标准。
1.4.1、扫描
新的STA在被动或主动扫描模式下运行，以扫描特定的SSID，SSID列表或所有发现的SSID。为了被动扫描，STA扫描包含SSID的DMG信标帧。为了主动扫描：DMG STA发送包含所需SSID或一个或多个SSID列表元素的探测请求帧。DMG STA还可能必须在发送探测请求帧之前发送DMG信标帧或执行波束成形训练。
1.4.2、BF训练
BF训练是BF训练帧传输的双向序列，它使用扇区扫描并提供必要的信令，以允许每个STA确定用于发送和接收两者的适当天线系统设置。
802.11ad BF训练处理可以分三个阶段执行。(1)执行扇区级扫描阶段，从而执行低增益(准全向)接收的定向传输以进行链路获取。(2)执行细化阶段，增加接收增益和对合并的发射和接收的最终调整。(3)然后在数据传输过程中执行跟踪，以调整信道更改。
1.4.3、802.11ad SLS BF训练阶段
重点介绍802.11ad标准的扇区级别扫描(SLS)强制阶段。在SLS期间，一对STA在不同的天线扇区上交换一系列扇区扫描(SSW)帧(或在PCP/AP进行传输扇区训练的情况下，交换信标)来找到提供最高信号质量的帧。首先传输的站称为发起方，第二个称为响应方。
在传输扇区扫描(TXSS)期间，SSW帧在不同的扇区上传输，而配对节点(响应方)则利用准全向方向图接收。响应方从提供最佳链路质量(例如SNR)的发起方确定天线阵列扇区。
图5描述了802.11ad中的扇区扫描(SSW)的概念。在该图中，给出了一个示例，其中STA 1是SLS的发起方，而STA 2是响应方。STA 1扫描所有发射天线方向图的精细扇区，而STA 2则以准全向模式接收。STA 2将从STA 1收到的最佳扇区反馈给STA 2。
图6示出了在802.11ad规范中实现的扇区级扫描(SLS)协议的信令。发射扇区扫描中的每个帧包括有关扇区倒数指示(CDOWN)、扇区ID和天线ID的信息。最佳的扇区ID和天线ID信息与扇区扫描反馈和扇区扫描ACK帧一起反馈。
图7描绘了在802.11ad标准中使用的扇区扫描帧(SSW帧)的字段，下面概述了这些字段。持续时间字段设置为直到SSW帧传输结束的时间。RA字段包含作为扇区扫描的预期接收者的STA的MAC地址。TA字段包含扇区扫描帧的发射机STA的MAC地址。
图8示出了SSW字段内的数据元素。SSW字段中传递的主要信息如下。方向字段设置为0表示波束成形发起方发送了帧，设置为1表示波束成形响应方发送了帧。CDOWN字段是倒数计数器，其指示到TXSS的末尾的剩余DMG信标帧传输的数量。扇区ID字段被设置为指示通过其发送包含该SSW字段的帧的扇区号。DMG天线ID字段指示发射机当前用于该传输的DMG天线。仅当在CBAP中发送时，RXSS长度字段才有效，否则保留。该RXSS长度字段指定发送STA所需的接收扇区扫描的长度，并且以SSW帧为单位定义。SSW反馈字段定义如下。
图9A和图9B描绘了SSW反馈字段。当作为内部子层服务(ISS)的一部分发送时，使用图9A所示的格式，而当不作为ISS的一部分发送时，使用图9B的格式。ISS中的总扇区数字段指示发起方在ISS中使用的扇区总数。RX DMG天线数子字段指示发起方在随后的接收扇区扫描(RSS)期间使用的接收DMG天线数。扇区选择字段包含帧中SSW字段的扇区ID子字段的值，该帧在前一扇区扫描中以最佳质量接收。DMG天线选择字段指示在紧接之前的扇区扫描中以最佳质量接收到的帧内SSW字段的DMG天线ID子字段的值。SNR报告字段设置为来自在前一扇区扫描期间以最佳质量接收的帧的SNR值，该值在扇区选择字段中指示。非PCP/非AP STA将需要轮询字段设置为1，以指示它要求PCP/AP发起与非PCP/非AP的通信。需要轮询字段被设置为0，以指示非PCP/非AP对PCP/AP是否发起通信没有偏好。
2、问题陈述
如上一节所述，当前的毫米波(mmWave)通信系统通常需要严重依赖于定向通信才能在发射机和接收机之间获得足够的链路预算。在当前系统中，这种确定合适的波束以供使用的处理需要大量的信令开销。例如，AP以发送波束成形发送多个信标帧。
信标帧用于网络发现目的，即被动扫描。为此，周期性地发送信标帧，从而新的STA可以通过在一定时间段内执行被动扫描来识别网络的存在。
使情况进一步复杂化的是，当前的技术正在趋向于使用更精细的波束成形，该波束成形允许更高的天线增益以确保更好的链路预算。然而，当STA采用更细的波束时，开销问题进一步恶化，因为STA将发送更多数量的信标帧以覆盖足够的发送角度。
鉴于上述，在信标开销与网络发现延迟之间存在重要的权衡。如果信标被频繁发送，则信标开销增加，但是允许新的STA快速找到现有网络。如果信标的发送频率较低，则可以减少信标开销，但是，对于新的STA而言，很难快速找到现有网络。
当考虑使用mmWave PHY技术形成网状网络的任务时，这种开销的困境更加严重。连接到网状网络的STA需要发现所有相邻的STA，以决定到达网关/门户网状STA的最佳方式以及这些相邻STA中每个的能力。这意味着加入网状网络的所有STA应该具有信标能力，这会导致大量信令开销。
因此，本公开被配置用于解决这些当前和未来的信标开销挑战。
3、公开的高效信标的好处
通过利用提出的技术，mmWave通信节点可以形成网状拓扑网络，而不会引起明显的信令开销或网络发现延迟。所公开的技术将信标分解为两种不同类型的信标信号：(1)通信信标(对等信标)和(2)发现信标。创建这些单独的信标可以将发现功能和网络维护功能分开，因此STA只能将必要的信息嵌入到每个信标的功能中。以所述方式使用信标的这种分离减少了信令开销。
所公开的有效信标技术使用网络中的STA之间的发现信标传输的协调，以减少不必要的信标传输以用于网络发现的目的。该技术定义了一组有关通信收发器如何以有效方式执行此协调的规则。所提出的技术减少了用于通信(对等)信标传输的扇区的数量，这允许减少发送信标帧。该技术定义了一组规则，这些规则允许被动扫描和主动扫描同时减少信标开销。基于这些规则，新的STA可以发现网络延迟有限的现有网络。
4、有效的信标实施例
4.1、考虑中的拓扑
图10示出了mmW无线节点的网络的示例实施例10，其中网状STA(MSTA)节点12、14、16和18以网状拓扑结构彼此连接。新的STA 20正在扫描24，描绘了方向22a-22n，潜在的相邻MSTA和对节点的通信介质。
应当注意的是，双方都不总是需要定向发送或接收。例如，一侧可能正在执行定向发送或接收，而另一侧则没有。这可能是由于设备功能受限或不需要从两侧进行定向传输(限制干扰/小距离)的应用要求所致。
可以为新节点配置准全向定向或定向天线以进行发送和接收。可以类似地设置MSTA，以使用全向或准全向或定向天线进行发送和接收。至少一个节点MSTA或新STA应该配置定向天线，以提供足够的增益来解决路径损耗并为链路提供足够的SNR。
新的STA使用被动或主动扫描来扫描邻居。新STA配置为继续扫描，直到找到所有相邻节点。构造了可用的MSTA邻居列表之后，就决定要与哪个邻居连接。该决定考虑了应用程序需求，网络中的流量负载以及无线信道状态。
4.2、STA硬件配置
图11描绘了节点硬件配置的示例实施例30。在该示例中，计算机处理器(CPU)36和存储器(RAM)38耦合到总线34，总线34耦合到提供节点外部I/O，例如传感器、致动器等的I/O路径32。来自存储器的指令在处理器上执行以执行实现通信协议的程序。该主机被示出为配置有调制解调器40，该调制解调器40耦合到射频(RF)电路42a、42b、42c，并耦合到多个天线44a-44n、46a、46n、48a-48n，以与相邻节点发送和接收帧。
尽管在该示例中示出了三个RF电路，但是本公开的实施例可以配置有耦合到任意数量的RF电路的调制解调器40。通常，使用大量的RF电路将导致天线波束方向的覆盖范围更广。应当理解，所利用的RF电路的数量和天线的数量由特定设备的硬件约束确定。当STA确定不需要与相邻STA通信时，可能会禁用某些RF电路和天线。在至少一个实施例中，RF电路包括变频器，阵列天线控制器等，并且连接到多个天线，这些天线被控制以执行波束成形以用于发送和接收。以这种方式，STA可以使用多组波束方向图来发送信号，每个波束方向图方向都被认为是天线扇区。
天线扇区是由射频电路的选择确定的并由阵列天线控制器进行波束成形控制。尽管STA硬件组件可能具有与上述组件不同的功能分区，但可以将此类配置视为所解释配置的一种变体。当节点确定不需要与邻居节点通信时，可能会禁用某些RF电路和天线。
在至少一个实施例中，RF电路包括变频器、阵列天线控制器等，并且连接到多个天线，这些天线被控制以执行波束成形以用于发送和接收。通过这种方式，节点可以使用多组波束方向图发送信号，每个波束方向图方向都被视为天线扇区。
图12示出了天线方向的示例实施例50，其可以被节点用来生成多个(例如36个)天线扇区方向图。在该示例中，节点实现三个RF电路52a、52b、52c和连接的天线，并且每个RF电路和连接的天线生成12个波束成形方向图56a、56b、56c直到56n以及波束成形方向图58和60；据称该节点有36个天线扇区。然而，为了清楚和易于解释，以下各节描述具有较少数量天线扇区的节点。应当理解，任何任意波束方向图都可以映射到天线扇区。通常，波束方向图被形成为产生尖锐的波束，但是波束方向图可以被产生为从多个角度发射或接收信号。
4.3、网状网络架构
4.3.1、信标功能
毫米波网状网络中信标的功能可以包括：(a)新网状节点的网络发现和关联；(b)同步；(c)频谱接入和资源管理。在本文描述的实施例中，用于以上功能的任何信号都被称为信标，因此用于那些目的的任何信号都应被解释为信标信号。在下一部分中，以使用802.11信标来覆盖此功能为例，但是可以使用其他帧来实现相同的功能。
4.3.2、信标类型
基于网络中信标的不同功能，在以下实施例中提出了两种类型的信标，即通信信标(或对等信标)和发现信标。
通信或对等信标用于具有(先前)已建立的连接的对等体之间的通信。该信标可用于执行与维护同步，波束跟踪以及管理网络中网状节点之间的信道访问和资源有关的功能。每个网状节点仅在与邻居节点的方向相对应的扇区中扫描信标，因此仅将信标发送到其邻居。
发现信标用于网络通告和节点发现。发现信标用于帮助新节点找到并加入网状网络。现有的网状节点会在打算在空间上覆盖的所有方向上扫描发现信标。发现信标通常可以比对等信标更不频繁地发送，以避免来自属于不同网状网络的不同节点的不协调信标传输，并限制干扰。
图13A至图13C示出了通过示例而非限制考虑的简单网络的各方面。在图13A中，看到示例实施例70具有三个节点72、74和76。在图13B中，信标被示为从STA节点72发送，示出了对等信标在对应于朝向节点74和76的最佳扇区的方向上被扫描76a、76b。在图13C中，STA节点72扫描80发现信标以覆盖来自78a、78b、78c、78d和78e的特定空间区域。
图14示出了跨时间跨度100的网状节点的不同发送和接收时段98的示例实施例90。在该示例中，根据本公开，节点在至少三个时段中操作。(1)信标间隔96是802.11中定义的常规信标传输间隔。在每个信标间隔将通信或对等信标发送到节点相邻对等体。(2)发现周期94是除了对等信标之外节点还发送发现信标的时间段(信标间隔数)。在发现周期之外，仅发送对等信标。信标主控间隔92是节点重复其发现周期并重新发送发现信标的时段。如果发现周期等于信标主控间隔，则该节点一直在发送信标，并充当常规802.11节点。在本文描述的以上和其他实施例中，应当理解，发现信标不必采取常规信标的形式。发现信标可以是扫过某些或所有波束方向的任何帧，以通告网状网络并发现新节点。在这种情况下，可以独立于对等信标周期来定义发送这些帧的周期或隔离操作。
4.3.3、信标主控(beacon master)和信标主控功能
信标主控(BM)是在某个时间段选择用于传输发现信标的节点。在任何时间点，信标主控都是发送发现信标的节点。可以选择许多节点并调度它们同时发送发现信标，但此处介绍的情况是一次允许一个信标主控通过网络以消除干扰。
信标主控的功能可能会损害(compromise)以下方面：(a)扫描发现信标；(b)接收和处理新的BM请求；(c)根据收到的BM请求调度新的BM时间表；(d)更新稳态BM序列；(e)定义加入网状网络的新节点的扫描接收方向；(f)为加入网状网络的新节点的对等节点更新发现信标扫描方向。
4.3.4、系统架构
4.3.4.1、信标主控序列
根据选定的顺序，网状网络中的每个活动节点都将成为信标主控(BM)。该序列一直保持有效，直到现有的网状节点可以发现新节点为止。修改了BM序列，以便能够高效发现新节点。如果新节点加入网络，则稳态BM序列将包括让新节点充当BM的转向。
图15A至图15D示出了信标主控概念。在图15A中，网状节点A 112、B 114、C 116、D118被示为具有新的节点E120。在图15B中，看到节点C从节点B接收到消息，该消息传达了其已接收到(由顶部箭头所示)来自节点E的加入网络的请求。如图15C中的阴影所示，下一个信标主控(BM)可以被临时选择为节点B和节点A。然后，如果节点E加入网络，则BM的稳态序列将包括它。
4.3.4.2、新节点的网状节点定向被动扫描图
下面考虑网状节点处于空闲接收状态的情况，例如，它们既不发送也不调度用于从对等节点接收数据。该实施例提出了用于网状节点的协作式被动扫描模式，其中节点定向地侦听以探测来自愿意加入网络的新节点的请求。
图16描绘了节点所听的方向130，如虚线锥所示。特别是，可以看到节点132a在区域134a中正在侦听，节点132b在区域134b中正在侦听，节点132c在区域134c中正在侦听，节点132d在区域134d中正在侦听，节点132e在区域134e中正在侦听，与该局部网状中的节点一样多。可以看出，这些侦听区域被安排为在区域136上提供足够的接收覆盖范围，从而可以从该区域内的任何新节点正确接收请求。
这些方向可以由中央实体或本地协调，并且每个节点可以侦听其接收机天线方向图扇区的全部或子集。可以基于当前网络调度动态更新方向，也可以基于平均链路使用情况以半静态分配的方式更新方向。在图中，可以识别出几个网状节点的协作以覆盖给定接收区域的信号接收。
4.3.4.3、新节点活动扫描模式
在至少一个实施例中，愿意加入网状网络的节点可以对周围的网状节点执行主动扫描。可以通过在该节点的天线方向图所支持的不同扇区之间扫描探测请求来执行主动扫描。
图17示出了节点152的实施例150，该节点152在准全向传输中的网状网络发现帧的扫描156期间在方向154a至154n上进行传输。
4.4、通过对等和发现信标进行有效的BF训练
4.4.1、对等信标更新
在定向通信中，例如在本公开的至少一个实施例中，可以使用60GHz WLAN信标传输，作为在对等方之间建立可靠通信所需的BF训练的一部分。本文所述的发现信标可以发起BF训练，例如使用SLS阶段。
网状节点记录在发送发现信标期间和之后不久发生的BF训练中的最佳扇区信息。对于对等信标，网状节点仅在与最佳扇区相对应的扇区中向对等网状节点发送信标。
图18A和图18B示出了通过在(包围)确定的最佳扇区周围的一个或多个扇区上执行传输来提供附加鲁棒性的示例实施例。在图18A中，相对于节点B174看到了节点A172，其中最佳扇区(路径)是方向176。在图18B中，与节点B通信的节点A具有最佳扇区178b，但是在此最佳扇区的每一侧上还选择了一个或多个附加扇区178a、178c以提高通信鲁棒性，尤其是考虑到节点B可能相对于节点A移动的事实。
图19示出了由网状节点传输对等信标的示例实施例190。例程开始192，并且如果信标间隔(BI)计时器已经到期，则执行检查194。如果尚未到期，则在执行另一次检查之前将计时器递减196。应当注意的是，出于说明的目的而示出了定时“循环”的使用，然而，可以由任何期望的操作系统原语来执行提供延迟(同步)，诸如在线程或多任务环境中利用的同步和定时机制。
在BI计时器期满之后，框198初始化节点计数n，然后从最佳扇区的记录208向节点n检索最佳扇区信息S(n)200。在202对扇区S(n)+q上的节点n执行通信信标扫描。然后进行检查204是否仍然需要检查任何节点(n＜N)。如果有剩余的节点，则将节点值更新206(例如，在该示例中为n＝n+1)到下一个节点，并且处理返回到步骤200，以检索最佳扇区信息。一旦检查了所有节点，则与对等网状节点执行210数据交换，并且过程结束212。
图20示出了训练数据库创建和更新的实施例230。在几个信标间隔(BI)之后，可能需要更新BF训练。发现信标提供BF训练的刷新周期或具有新对等节点的BF训练。
该过程开始于232，从STA n接收发现信标234，随后从最佳扇区记录238中检索236最佳扇区记录中的STA n条目。进行检查240以确定STA n是否具有最佳扇区记录中的条目。如果没有这样的条目，则在最佳扇区记录238中加入条目242。否则，如果存在现有的条目，则将现有数据和当前数据进行比较244，并且在处理结束248之前针对STA n更新246BF训练信息。
4.5、稳态BM处理协议
4.5.1、主信标切换
处于稳定状态的网络根据本发明的至少一个实施例，例如以特定的顺序在网络节点之间移动(旋转)信标主控。
图21示出了传输252的示例实施例250，其示出了在所有方向254以及对等信标方向260a和260b上发送发现信标的信标主控。另外，示出了关联波束成形训练时段(A-BFT)256和数据传输间隔(DTI)258的传输。
图22示出了对等信标超帧格式的示例实施例270，示出了一组传输272。具有对等连接性的节点仍然继续向彼此发送对等信标。在该示例中，将对等信标发送274a给对等体1，并且将对等信标发送274b给对等体2。为对等体1发送A-BFT传输274c，以及为对等体2发送A-BFT传输274d。示出了在A-BFT传输之后发送DTI传输276。应该认识到，由于每个对等链路的方向和定时是已知的，所以对等信标很容易协调。
该系统在至少一个实施例中被配置，使得交换对等信标的顺序提供了所有节点在某个时间充当信标主控。然而，应当理解，还考虑了基于选择标准进一步控制信标主控选择，或将激励(例如，网络消息优先级)应用于作为信标主控的参与者的实施例。
对等信标以及发现信标携带有关当前信标主控节点的信息。对等信标以及发现信标都携带有关将来的信标主控的信息。该信息可以是下一个要成为信标主控的节点的ID，或者是确定即将到来的信标主控分配的序列ID。对等信标携带与传输调度有关的信息以及该对等连接的同步和数据传输所需的其他元素。发现信标更简单并且优选地(例如，在一个或多个实施例中)仅用于网络通告和发现目的。对等信标的A-BFT时段将携带等于活动对等链路数量的A-BFT时隙的数量，如图22所示。发现信标的A-BFT时段携带大量A-BFT时隙，对等节点和新节点会随机访问这些时隙。
4.5.2、用于管理主信标交换的对等信标
图23A至图23C描绘了在由对等信标通过网络转发主信标通告的过程中交互的节点。在图中看到的节点包括：MSTA A 292，MSTA B 294，MSTA C 296，MSTA D 298，MSTAE300。在每个图中，MSTA A 292被视为信标主控，它将在所有方向的扫描304中发送发现信标302。
一旦网状节点接管了主信标规则，它就开始以作为当前信标主控的其ID和有关下一个信标主控的信息、序列ID或下一个信标主控发送发现信标和对等信标。对等信标将由连接到主信标的节点接收，以指示主信标处于活动状态并开始其规则。主信标的对等体开始向网络中的其他网状节点传输对等信标，以通告网络中的新主信标。在图23A中，对等信标306a、306b分别向MSTA B 294和MSTA B 296通告新的信标主控现在处于活动状态以及计时器设置。接收到具有新的主信标通告的对等信标的每个节点将其转发给其对等体。在图23A中，将旧的MB通告从MSTA B 294传送到MSTA E300。在特定的跳数之后，应将新信标主控遵循其规则的信息通知集群。在网状节点通过其对等方之一或主信标本身收到新的主信标激活通告之前，它将继续发送旧的主信标ID和等于零的计时器。这表示网络处于过渡状态。图23B示出了新的MB通告从MSTA B 294被传递310到MSTA E 300，而看到了旧的MB通告312在MSTA E 300和MSTA D 298之间传递。在图23C中，看到了新的MB通告从MSTA B 294被传递314到MSTA E 300，时间BM时间值减小了两倍。
4.5.3、新的主信标选择标准
在该实施例中，网络的节点交替，对于每个主信标间隔，其履行信标主控的角色。在每个主信标间隔，一个节点将充当信标主控的角色，并在所有方向上传输发现信标。
图24A至图24C示出了充当主信标的不同节点的示例实施例330。在图中可以看到节点包括MSTA A 332，MSTA B 334，MSTA C 336，MSTA D 338，MSTA E340。在图24A中，MSTAA 332是在所有方向的扫描344中发送发现信标342的信标主控。看到其他节点B、C、D和E仅在对等节点之间传输对等信标。在图24B中，MSTA C 336已经成为信标主控并且正在所有方向的扫描344中发送发现信标342，并且类似地在图24C中，MSTA B 334承担信标主控角色。主信标通过对等信标和发现信标通告关于当前和未来信标主控的信息以及传输定时。可以以任何期望的方式来确定主信标改变的顺序，诸如随机或根据特定序列，根据可用性或针对每个给定节点的其他准则。但是，应考虑到，如果节点始终可以以任何方式“退出”，则共享将是不公平的，或者更糟的是，没有信标主控可用。从而在本公开的至少一个实施例中，如果机制允许节点“退出”履行信标主控角色，则向参与的节点提供激励，诸如给予它们相对于非参与节点的通信相应的优先级。
图25A至图25E示出了主信标中断处理的示例实施例350，其将在下一部分的结尾处详细描述。
4.5.3.1、随机主信标分配
图26A和图26B示出了用于部署随机主信标选择的协议的示例实施例390。该例程开始于图26A中的392等待以接收对等信标，然后修改主信标选择变量，这里通过将主信标倒计时值递减394来描绘，随后检查该值是否已经达到零，指示所检查的新主信标应处于活动状态。如果当前主信标仍然处于活动状态，则执行返回框392。否则，基于检查最后一个信标主控先前作为下一(继任者)信标主控传达的哪个节点，检查398确定该节点是否为新的主信标。如果不是新的主信标，则执行返回到框392，等待接收对等信标。否则，如果该节点将成为新的主信标，则该节点将其自身声明为主信标，并选择以下主信标，此处以使用随机选取400并设置倒数计时器为例。应当理解，在至少一个实施例中，除了随机选择之外，还可以使用其他机制来选择下一主信标。
在图26B中继续，主信标执行其职责402，包括发送发现信标和包括发送对等信标和接收其他对等信标的对等活动，随后更新404主信标倒计时，例如根据该示例通过递减它。检查主信标服务时段是否结束(主信标计数器＝0)406，如果不是，则执行返回到框402，当前主信标仍在执行其职责。否则，408执行一个对等信标是否报告新主信标的检查。如果一个对等信标报告了新的主信标，则执行返回到图26A中的框392处的例程的开始，否则到达判定框410以检查新的主信标计时器是否已到期。如果时间已经到期，则执行返回到图26A中的框400，其中节点再次将其自身声明为信标主控并选择后继主信标。否则，如果计时器尚未到期，则执行返回到判定框408以再次检查。
因此，以上流程图示出了当前主信标确定哪个节点将成为下一个主信标的过程。每个网状节点都有一个其可以通过一跳或多跳到达的其他网状节点的列表。在这个例子中，下一主信标的选择是从可达节点的列表中随机发生的。当前主信标通过对等信标和发现信标将与当前和将来的主信标有关的信息转发到网络中的所有网状节点。当前的主信标具有倒计时字段，用于指示何时停止发送发现信标以及何时开始新的主信标。从主信标接收到对等信标的每个节点将递减倒数计时器，并将更新的倒计时值转发到其对等体，并将当前信标主ID和下一信标主信息通过其对等信标发送给其对等体。这将确保信息在整个网络中传播。
倒数计时器应在整个网络中同步。每个节点都应相对于固定时间向下调整计数，如果计数器经过该时间，则应将其递减。当跨网状网络使用多于一个BI时，此配置用于解决问题。如果所有网状节点都具有相同的BI，则每个节点应随每次信标传输递减其倒数计时器。当计数器达到零时，当前的主信标停止发送发现信标，并假设新的主信标将接管。
4.5.3.1.1、管理新主信标中断
新的主信标应开始发送发现信标，并发送对等信标，以说明发送的信标中的主信标规则。网络中的其他节点将继续发送具有完成其任务的主信标ID的对等信标，其中倒数计时器等于零，直到通过新的主信标或一个对等节点接收到具有新计时器通告的新主信标。
完成其任务的主信标将等待接收到新信标主控接管的信号。这应该是通过从其对等节点之一接收对等信标来完成的，该对等信标指出当前的主信标是由完成其任务的主信标先前选择的一个信标。
在图25A至图25E中，针对已经完成其主任务的主信标未接收到新的主信标开始其任务的任何指示的情况，概述了过程350。因此，原始主信标将再次为另一个主信标周期声明主信标角色，并选择一个新节点作为下一个主信标。
在图中，节点MSTA A 352、MSTA B 354、MSTA C 356、MSTA D 358和MSTA E 360相互连接。在图25A中，MSTA A 352是在扫描364中在所有相关方向362上发送发现信标的信标主控。对等信标366提供关于为MSTA A的当前信标主控(BM)的信息，下一个信标主控A被示例为MSTA C 356，并且BM计数器＝x。在图25B中，对等信标368指示BM计数器已经达到0，并且MSTA A 352正在370等待MSTA C 356开始充当信标主控。但是，在这种情况下，与MSTA C的通信链路断开，或者MSTA C不活动或愿意履行BM角色。在图25C中，节点MSTA B、MSTA C、MSTA D和MSTA E仍在发送对等信标368，其指示BM计数器为0以使MSTA C履行BM角色。然后，在等待MSTA C担当BM角色的超时后，当前BM随后进入372以继续履行BM角色，并发送指示下一个BM为MSTA E的对等信标，并发送计数器＝x。在图25D中，远处的对等信标376仍然指示BM计数器＝0，等待MSTA C作为BM，但是MSTA A已经担当了BM角色374，并且正在发送指示下一个BM作为MSTA E的对等信标，并且使BM计数器递减。在图25E中，对等信标已经在整个网络中传播，并且当前来自MSTA A 352的对等信标378指示下一个BM作为MSTA E和BM计数器被更新为x-2。
4.5.3.1.2、信标主控选择更新元素
在将新节点添加到网络后，每个网状节点中的选择列表将更新，以允许在某个点选择此新节点以充当信标主控。主信标可以通过泛洪网络的消息将节点添加到列表中，该消息表明对网状节点列表进行了更新。节点软件(协议)还可以通过强制最新的主信标帮助新节点来执行此操作，以选择新节点使其在允许进入网络后立即充当主信标。节点将注意到新节点充当信标主节点，并应更新其网状节点列表。
当节点离开网络时，每个网状节点中的选择列表都会更新，以从列表中删除该新节点，因此在某个时候不会被选作信标主控。可以使用网络消息泛洪来执行此节点删除操作，该消息泛洪表明对网状节点列表进行了更新，或者可以通过监视网络中节点的行为来进行分发。如果节点在多个发现服务期间内无法充当信标主控，则将从列表中将其删除。
4.5.3.2、基于序列的主信标分配
图27A和图27B示出了用于部署基于序列的主信标选择的协议(过程)的示例实施例430。序列确定切换信标主控角色的节点的顺序，并在每次新的网状节点加入时进行更新。例程在432开始以等待接收对等信标，此后更新主信标计数器434(以所示示例为例进行递减)，并且执行计数器阈值检查436以确定计数器是否已经达到终端值，在本例中为零。如果尚未达到终端计数，则执行返回到框432处等待。否则，如果计数已经到期，则进行检查438该节点是否为新的主信标。如果不是主信标，则执行移至图27B中的框448。如果它是主信标，则440将该节点声明为主信标，并将为其持续时间设置的计数器作为主信标，然后执行主信标职责442，以发送发现信标以及其在发送对等信标并接收对等信标中的对等职责为例。然后，在该示例中，对主信标计数器进行更新444，向下计数，并且在步骤446进行检查是否达到了计数的结束，在该示例中，计数的结束为零。如果已经达到计数的末尾，则执行返回框432，否则执行返回以执行另一轮主信标职责442。从图27B中的框448可以看出，进行了检查以确定是否已收到带有新MB标签的对等信标。如果接收到新的MB标签，则执行返回到图27A中的框432处等待，否则执行等待450以接收具有新的主信标标签和非终端(在该示例中为非零)计数器的对等信标。然后在新主信标计时器上进行检查452是否时间到期。如果新的主信标计时器尚未到期，则执行返回到方框448，以检查具有新的MB标签的对等信标，否则执行移至检查454该节点是否是发生故障的节点之后的下一个主信标。如果该节点不是新的主信标，则执行返回到方框448，以检查具有新的MB标签的对等信标。否则，节点是新的信标主控，并且执行返回到框440，其中节点将自身声明为新的主信标，并照此开始处理。
将会注意到，每当一个新节点加入网络时，当前的主信标负责更新序列并将该更新通知网络网状节点。一旦每个节点都知道序列和当前活动的信标主控，它将能够知道下一个信标主控以及其何时出现。BM计数由网状节点转发，以标记信标主控发现周期的开始和启动。
在至少一个实施例中，BM计数器(在该示例中为倒数计时器)在整个网络上同步。每个节点都应相对于固定时间向下调整计数，如果计数器经过该时间，则应将其递减。当跨网状网络使用多于一个BI时，这应该可以解决问题。如果所有网状节点都具有相同的BI，则每个节点应随每次信标传输递减其倒数计时器。
一旦计时器达到其终止条件，例如所示示例中为零，网状节点便知道新的信标控正在接管。如果网状节点是新的信标主控，则它开始发送发现信标并设置BM计数器值。当前主信标通过对等信标和发现信标将与当前和将来的主信标有关的信息转发到网络中的所有网状节点。当前主信标发送的信标有计数器字段，用于指示何时将停止发送发现信标以及何时应开始新的主信标。
从主信标接收到对等信标的每个节点都将BM计数器修改为终端值，例如递减倒数计时器，并将更新后的BM计数器值连同当前信标主控ID和序列ID通过其对等信标转发给其对等体以确保此必要信息在整个网络中传播。新的主信标开始发送发现信标，并发送对等信标，以说明已发送信标中的主信标规则。
4.5.3.2.1、管理新的主信标中断
如果经过一段等待时间后新的主信标没有开始发挥作用，则序列中的下一个主信标应接管并声明主信标规则，设置计数器并开始通知网状节点。
4.5.3.2.2、信标管理跳变序列更新元素
信标主控负责更新信标主控节点的顺序。更新应该是新节点加入网络或节点离开网络的结果。所分配的信息可以是与序列相关联的序列ID的形式。每个节点应该能够知道其在该序列中的位置。
4.5.4、触发发现信标传输
实现发现信标的一种方法是，只要网络中有新事件，就触发它。这意味着发现信标的传输不必是周期性的。此事件可以是新节点发送一个网状节点接收到的探测请求，网状节点失去连接，或者是出于发现和波束成形的原因而需要在所有方向上对信标或类似帧进行全面扫描的任何其他事件。此事件可能触发一个或多个网状节点传输发现信标。
4.6、发现网状图
网状节点在无活动时段(无发送或接收)期间进行侦听，并扫描尝试加入网络的新节点。节点可以在准全向模式下侦听，以便能够同时扫描所有方向，尽管范围有限。然后为了增加网状节点扫描新节点的范围，在至少一个实施例中，由系统选择定向天线操作。通常，使用定向天线涉及每个节点扫描所有方向的过程。
然而，如果节点拓扑包括密集的网络部署，则节点覆盖范围将可能重叠，并且本公开的至少一个实施例然后对每个节点将要执行扫描新节点的区域进行协调，从而更有效率地覆盖地理区域。
图28示出了示例实施例470，其中，每个节点负责一个或多个特定方向，只要该节点不进行发送或接收，其将连续且单独地监视。这将有助于集中精力在一个方向上使节点可用，而不是在所有方向上进行分配。在此示例中，发现图由节点协作创建(在其中向每个节点分配一个或多个特定方向以进行监视和扫描)。发现图可以使用测量活动收集、网络的拓扑信息或某些天线方向图分析生成。
在图28所示的示例中，示例网状节点MSTA A 472示出为分配区域474a和474b，网状节点MSTA B 476示出为分配区域478a和478b，网状节点MSTA C 480示出为分配区域为482a和482b，网状节点MSTA D 484显示为分配区域486，网状节点MSTA E 488显示为分配区域490，网状节点MSTA F 492显示为分配区域494，网状节点MSTA G 496显示为分配区域498。因此，每个网状节点负责特定区域(方向)以在与其网络中其他节点进行任何其他传输或接收时进行扫描。
在本公开的至少一个实施例中，分析小区规划是基于在每个区域估计覆盖该区域的潜在的网状节点是什么并且选择一个专用于该区域的网状节点。确定扇区覆盖区域的一种简单的分布式方法是，允许在视线范围内并且可以侦听彼此的传输的扇区关闭其中一个，并认为另一个可以覆盖其所有覆盖区域。
图29A至图29C示出了确定新的节点覆盖区域的示例实施例510。在每个图中，MSTAA 512和MSTA B 514分别显示为定向天线扇区516a(S1)至516d(S4)和518a(S1)至518d(S4)。
在图29A中，MSTA A 512和MSTA B 514在视线内，并且假定由于MSTA A 512的方向516a(S1)可以与MSTA B 514的方向扇区518c(S3)通信，因此，这些节点之间的任何节点可以通过两个方向扇区之一到达。因此，这些扇区中的每一个都可以将此覆盖声明为其发现区域。
在图29B和图29C中，分别看到针对MSTA A和MSTA B的预期覆盖区域520和522。在该实施例中，本公开基于收集测量来确定区域。在该示例中，连接到网状网络的移动站和其他站正在收集有关其位置以及可以看到哪些节点的信息。这些列表被共同处理以形成它们之间的关系。结果是对每个扇区的潜在覆盖区域进行了估算。网络中的站点越多，这些节点扇区的覆盖区域的估计就越准确。同样，随着节点移动并发现新节点，将发送带有可发现的新节点/扇区集的更新。移动节点正在发现其他节点并使其看不见，并形成了可以同时看到的邻居的新列表。这些列表将保存并定期处理。
在至少一个实施例中，采用集中式程序，其中节点将位置报告和发现的扇区列表发送到中央实体。中央实体从所有网络节点收集所有列表，并形成发现映射。中央实体将扫描图发送到每个节点，并在处理收集到的列表后通知其发现区域。一旦节点位置或发现的扇区发生更改，节点就可以定期或短暂地发送一段时间内收集的所有列表的报告，以更新网络信息。
4.7、新节点发现
配置系统，以便新节点可以使用被动或主动扫描来搜索节点并发现网络中的邻居。被动扫描邻居的新节点正在寻找信标主控信标。网络中的节点不会同时发送信标，并且网络中的每个节点都有机会充当信标主控。一旦新节点充当信标主控，便应从附近节点听到信标。
4.7.1、完全被动新节点扫描
在至少一个实施例中，新节点可以仅使用被动扫描来连接到网状网络。此方法适用于没有时间要求连接到网络或发现所有邻居的节点。这根据至少两个不同的实施例来执行。
4.7.1.1、等待信标主控信标
新节点等待所有相邻节点充当主信标并接收其信标。在接收到第一个主信标之后，经过等于节点总数乘以发现周期(主信标服务周期)的一段时间后，新节点应该已经完成了扫描周期。如果该节点仅调整为被动扫描，则在基于序列的信标主控切换中，当新节点再次接收到相同的信标时，它将知道已结束扫描周期。根据该实施例，新节点被配置为然后联系当前的主信标以包括在主信标间隔中。当前的主信标应更新信标主序列或每个网状节点中的网状节点列表。可以调整发现周期，以便对于新节点加入可以容忍连接延迟。新节点可以利用准全向或定向天线进行扫描。
4.7.1.2、触发新节点许可
在该实施例中，响应于从信标主控接收到信标来触发新节点许可。新节点正在等待来自当前主信标的信标。一旦接收到信标，就会触发新的节点许可协议。新节点一直在侦听主信标。如果该节点仅调整为被动扫描，则在基于序列的信标主控切换中，当新节点再次接收到相同的信标时，它将知道已结束扫描周期。在该实施例中，新节点被配置为联系当前的主信标以开始节点许可序列。当前的主信标应更新信标主控序列或每个网状节点中的网状节点列表。新节点的相邻节点将顺序开始发送信标，并声明临时信标主控角色。可以调整发现周期，以便对于新节点加入可以容忍连接延迟。新节点可以使用准全向或定向天线进行扫描。
4.7.2、被动/主动新节点扫描
新节点可以从被动扫描开始，从当前信标主控中查找信标。如果发生某个节点从当前信标主控接收到信标的情况，它将通知信标主控其存在，并且当前信标主控触发新节点许可协议。如果新节点未收到任何信标，它将从准全向天线发送探测请求或在各个方向上发送多个探测请求。一旦网状节点接收到探测请求，它将以探测响应进行响应，并向当前的信标主控通知新节点的存在。当前的信标主控将触发新节点许可协议。新节点可能决定直接发送探测请求，而无需寻找信标主控以减少连接时间。
4.7.3、新节点许可协议
一旦信标主控被通知有新的节点存在，它将触发新节点许可协议。如果新节点从信标主控接收到发现信标，则新节点可以通知当前信标主控本身，并且可以直接与该信标主控进行通信。当其他网状节点收到来自信标主控的探测请求时，它们可以将新节点的存在通知当前的信标主控。信标主控安排活动以帮助新节点加入网络。这是通过中断当前已调度的信标主控序列或将来的分配，并调度新节点周围的节点在等于或小于发现周期的时间段内充当信标主控来执行的。
每个节点都将节点列表存储在其地理发现图中。该列表包括作为该邻居或节点发现的任何新节点的潜在邻居的节点。发现新节点的网状节点的地理发现图中的节点充当信标主控，并按顺序在所有方向上传输发现信标。在发现第一网状节点之后，新节点正在侦听选定时间段内的更多发现节点。例如，新节点可能会发现计划用作信标主控，并且在首次发现新节点的网状节点的地理发现区域中的一个或多个节点。新节点发现计时器到期后，新节点将结束其邻居发现和扫描过程。新节点选择要连接的邻居，并建立与网状网络的连接。然后，信标主控选择过程返回到正常操作，并在新节点许可协议之前继续进行未来选择的序列。新节点侦听对等信标，从中确定当前的主信标。如果需要发送发现信标，则新节点向主信标发送请求，以用作将来的主信标。主信标处理该请求并将新节点添加到当前序列，或更新每个网状节点中的MB节点列表。主信标确定要使用的发现波束以及是否需要发现波束。在至少一个实施例中，可以利用主信标之外的任何节点均可到达的集中式实体来执行以下过程：调度新的主信标以帮助新节点，将新节点添加到节点中的未来可能的主信标的序列或列表，以及确定节点的发现方向。
新节点可以继续侦听足够长的时间，以确保所有附近的节点都有机会充当信标主控，因此所有邻居都已被发现，或者可以通过触发新节点许可协议来请求网状节点加快发现过程。但是，如果网络中有许多节点，或者主信标服务间隔很长，则等待附近节点之一充当信标主控的过程可能很耗时。
图30是响应于BM覆盖区域内的被动扫描的新节点许可的示例实施例530。该图示出了新节点432，邻居1节点534，邻居2节点536，邻居3节点538，信标主控540和网状节点542之间的通信。信标主控(BM)触发序列以改变BM以辅助新的节点快速加入网络。BM发送BM调度更新，以强制新节点周围的其他节点发送发现信标。当新节点532在所有方向544、548和546上发送发现信标时，新节点532侦听从信标主控540发送的发现信标。在该示例中，当新节点532接收到发现信标544时，它在向其发送响应550的信标主控540的范围内。当前信标主控540通告552信标554、556、558、560、561。在某些情况下，信标主控发送调度和一些信息561以帮助新节点也找到邻居。新节点从新信标主控邻居3节点538接收发现信标568，该主控邻居3节点53在所有方向562、564、566上发送这些发现信标。新节点以信标响应来响应570。类似地，发现信标由后续信标主控邻居2节点536在所有方向572上发送，包括方向574、576和578。然后，发现信标由新节点向其发送信标响应588的后续信标主控邻居1节点534在所有方向580上发送，包括方向582、584和586，然后是注册请求590以加入网络。然后，信标主控更新信标主控调度表，并将其发送出去594、596、598、600和602到所有节点。
图31示出了响应于BM覆盖区域内的主动扫描的新节点许可的示例实施例610。该图示出了新节点612、邻居1节点614、邻居2节点616、邻居3节点618、信标主控620和网状节点622之间的通信。一个BM是活动的，但是当检测到新节点时，BM序列改变以添加相邻节点到新节点，以加快发现过程。
上面可见，根据本公开的实施例，节点可以选择通过在所有方向上发送探测请求或者使用准全向天线发送探测请求来主动搜索邻居。新节点从网状节点之一接收到响应其探测请求的探测响应，触发新节点许可协议以加入(kick in)。新节点许可协议中断当前主信标或当前序列选择的下一主信标，并强制将新节点的邻居节点依次用作主信标，以使新节点有机会快速发现附近的邻居。可以通过为每个节点或扇区定义地理发现图来执行可能的相邻网状节点的确定。每个节点或扇区的地理发现图表示列表，如果该节点或扇区发现了新节点，则该列表定义了潜在的相邻节点/扇区。新节点发现所有邻居并连接到网状网络后，取决于在网状中所使用的主信标选择方法，当前的主信标负责将新节点添加到每个节点的可用节点列表或主信标序列列表。
4.7.4、地理发现区
为每个MSTA或MSTA扇区创建节点的地理集群。对于每个节点扇区，该扇区覆盖的区域代表该扇区的足迹。可以在该扇区的足迹中发现的一组可能的相邻节点或节点扇区包括地理发现节点或扇区集。该集合包含节点或扇区，该扇区或该扇区中发现的任何新节点可能会看到该节点或扇区。并非该集合的所有成员都应由新节点发现，但它代表所有可能的潜在邻居。在至少一个实施例中，每当新节点加入网络时就更新该集合，以包括新加入的MSTA。可以使用测量活动收集，网络拓扑信息或某种形式的天线方向图分析来构建此集合。
图32示出了节点或扇区地理发现集(扇区覆盖区域)的示例实施例710。该图描绘了具有扇区718a至718d的节点MSTA A 712，具有扇区720a至720d的MSTA B 714以及具有扇区722a至722d的MSTA C 716，描绘了它们重叠的天线方向扇区。从图中可以看出，由MSTA A712、扇区3(S3)718c发现的任何节点都可以具有MSTA C 716(S1)722a和(S2)722b和/或MSTA B 714(S4)720d作为邻居。由MSTA B 714(S1)720a发现的任何节点将仅具有MSTA A712(S2)718b作为潜在邻居。地理发现区的形成可以由系统通过网络中的测量报告或利用分析小区规划过程来执行。
在至少一个实施例中，分析小区规划基于估计节点扇区的每个覆盖区域处的潜在邻居并将列表加载到节点扇区。为了通过测量报告生成此列表，可以使用集中式或分布式过程。每个节点/扇区都保留可被该节点/扇区发现的相邻节点/扇区的列表。这些列表被共同处理以形成它们之间的关系，并且如果发现了该扇区，则产生估计每个扇区的潜在邻居的结果。本地网络中存在的节点越多，发现区的结果估计就越准确。另外，随着节点移动并发现新节点，将使用可发现的新节点/扇区集发送更新。正在发现移动节点，而其他节点却看不见，其他节点形成了可以同时看到的新邻居列表。这些列表将保存并定期处理。
在集中式过程中，节点将每个扇区的相邻列表发送到中央实体。中央实体从所有网络节点收集所有列表，并形成地理发现区。中央实体在处理收集的列表之后，将地理发现区集发送给每个节点。在至少一个实施例中，一旦相邻列表改变，则节点(周期性地或暂时地)发送在一段时间内收集的所有列表的报告以更新网络信息。
在分布式过程中，节点将这些列表中的每一个发送到这些列表的所有成员。在这种情况的至少一个实施例中，在列表被更新的那一刻，在节点看不见任何列表成员之前，将其发送到列表的所有成员。节点从另一节点收到列表后，会将列表的所有成员添加到从中接收到的扇区的发现区。
图33示出了作为图32中所示情况的变型的示例实施例730，描绘了节点移动并形成新列表的情况。如表所示，这些列表用于更新为这些邻居设置的地理发现区。该图描绘了具有扇区718a至718d的节点MSTA A 712，具有扇区720a至720d的MSTA B 714以及具有扇区722a至722d的MSTA C 716，描绘了它们重叠的天线方向扇区。如图所示，移动节点移动通过与这三个固定节点相关的天线扇区，移动节点的中间位置为740a至740f。当邻居关联从MSTA A 712(S4)变为L1740a的唯一邻居，到L2 740b的邻居MSTA A 712(S4)和MSTA C 716(S1)，到L3 740c的唯一邻居MSTA C 716(S1)，到L4 740d的MSTA A 712(S3)和MSTA C 716(S1)，到达L5 740e的MSTA A 712(S3)，MSTA C 716(S1)和MSTA B 714(S4)，最后到达L6740f的MSTA A 712(S3)和MSTA B 714(S4)时创建新列表。
表1详细示出了针对图33的示例的针对移动节点位置L1至L6中的每一个的邻居列表和发现区更新。
4.7.5、新节点发现协议
图34A和图34B示出了新节点发现并加入网状网络的过程的示例实施例750。该过程开始752，并且新节点搜索等待754发现信标，例如在等于X的特定时段内。该计时器可以采用许多值来定义多种操作模式。在方框756中，检查从主信标接收的发现信标。如果接收到发现信标，则执行前进到框764，否则到达判定框758，判定框758检查初始发现MB计时器(X)是否已到期。如果该时间段尚未完成，则执行返回至框754，否则其前进至框760以发送探测请求，然后检查762是否接收到探测响应。如果没有接收到探测请求，则其返回到框760以发送另一探测请求。否则，如果接收到响应，则其移动到框764以接收发现信标，并继续进行到图34B中的检查766，该检查检查第二发现MB计时器是否已经到期。如果没有到期，则执行返回到图34A中的框764，否则，随着第二发现MB计时器到期，在框768处建立从新节点到其邻居的连接，然后新节点以MB注册770作为将来的MB，并且处理结束772。
在该实施例中，以下是处理BM定时计数器X的优选机制。如果X等于其最大值，则意味着该节点处于完全被动模式，并且将仅等待来自网络信标主控的发现信标。如果X等于零，则该节点将不等待发现信标，而将直接进入主动扫描。如果X等于中间值(0到“无穷大”之间)，它将使该节点有机会接收发现信标(如果它在其附近)，否则将切换到主动扫描。
如果找到了发现信标，则新节点将保持被动扫描状态，并期望来自附近网状节点的更多发现信标。如果未找到发现信标，则新节点将切换到主动扫描，并从准全向天线或在所有方向上依次发送探测请求。当新节点收到探测响应时，它将切换到被动模式并开始扫描发现信标。对发现信标的搜索将继续寻找某个特定的计时器值，此后，新节点将结束对它的扫描并与网络建立连接。新节点将注册请求发送到信标主控或中央控制器，以将其包括在信标主控将来的时间表中。
4.7.6、当前用于处理新节点的BM协议
图35示出了信标主控处理新节点许可过程的示例实施例790。通过对在所有方向上发送的发现信标之一作出响应的新节点，或者通过通过网状网络转发给MB的通告帧，向当前的BM通知新节点。信标主控更新信标主控节点的未来调度，并通知网络网状节点。信标主控通过对等信标将要调度的节点列表或新的序列传播到整个网状网络。在几个信标间隔之后，整个网状网络都应该知道新的信标主控时间表。当前的主信标停止发送主信标，并且新分配的节点正在发生。
该例程开始792，并且等待794新的节点通告。在接收到新节点通告之后，检查796是否新节点正在响应发现信标。如果新节点没有响应发现信标，则到达框798，并检查网状节点是否正在通告新节点。如果新节点通告不是来自发现信标或网状节点通告，则执行返回到框794以等待新节点通告。否则，如果新节点通告来自发现信标或网状节点通告，则执行到达框800，在框800中，根据地理发现区对未来的信标主控进行更新，并且在处理结束804之前到达框802，停止发送发现信标。
4.8、集中式发现信标管理
在该示例实施例中，集中式实体履行分配给信标主控的一个或多个角色。这种集中控制可以促进与网络控制器联系以接纳新节点或更新网络的调度和扫描方向性的过程。在该实施例中，节点不需要知道当前的信标主控，但是它们应该能够与中央控制器通信。中央控制器负责选择未来的信标主控或更新序列，安排新的节点信标主控调度，处理节点关闭或出现故障问题的情况以及处理网络的发现图。如果没有活动的信标主控，并且没有定期的发现信标传输，则中央控制器负责在检测到某些事件(例如新节点加入或失去连接)之后触发发现信标的传输。这可以包括触发一个或多个网状节点发现信标传输。该过程也可以包括在那些网状节点之间协调这些信标的传输。
图36A、图36B和图37示出了允许中央控制器实体协调的新节点的网络过程的示例实施例810、910。在图36A和图36B中，新节点在信标主控的覆盖范围之外，而在图37中，新节点在信标主控的覆盖范围之内。
如果新节点从信标主控接收到信标，它将通知信标主控，并且信标主控与中央控制器进行通信，以调度相邻节点来帮助新节点。
在图36A和图36B中，多个网络实体被描绘为寻求加入网络的新节点812，邻居1节点814，邻居2节点816，邻居3节点818，信标主控820，中央实体822和网状节点824。参考图36A，在从信标主控820向828新节点812，向830中央实体822以及向832邻居816的所有方向上生成826发现信标。将注意，这些发现信标没有到达新节点。
由于新节点未收到发现信标，因此它在被视为朝向836邻居2节点816，朝向838邻居1节点814和朝向840邻居3节点818的所有方向上生成834探测请求。响应于此，邻居1节点814向新邻居发送探测响应842，并向中央实体822通告844新节点。然后，中央实体822以前往除新节点以外的节点的通告848、850、852、854和856生成通告信标主控时间表更新846。当有帮助时，发现新节点的邻居向新节点发送帧，以通知该节点有关新时间表的信息，并提供一些有助于与其他邻居进行波束成形的附加信息。
邻居3节点818被调度为新的临时信标主控，并在所有方向860、862、864上生成858发现信标。
在图36B中，新节点812生成到邻居3节点818的信标响应866。然后邻居2节点816在所有方向870、872和874上生成868发现信标。然后邻居1节点814在所有方向878、880和882上生成876发现信标。潜在的邻居必须向所有方向发送信标以与新节点形成波束。从新节点向每个邻居的最佳信标生成响应884。新节点可能只接收在所有方向发送的一个或也许几个信标。在新节点响应之后，新节点向中央实体822发送BM注册请求886。中央实体822向所有各方发送890、892、894、896、898、900信标主控时间表更新。
在图37的实施例910中，许多网络实体被描绘为寻求加入网络的新节点912，邻居1节点914，邻居2节点916，邻居3节点918，信标主控920，中央实体922和网状节点924。信标主控920在所有方向928、930和932上发送926发现信标，在这种情况下，这些信标到达新节点。新节点912以信标响应934对信标主控920做出响应，信标主控920向中央实体922通告936新节点。然后，中央实体向除了新节点912之外的所有节点940、942、944、946、948通告信标主控调度表。当有帮助时，发现新节点的邻居会向新节点发送帧，以告知该节点有关新调度表的信息以及一些有助于与其他邻居进行波束成形的信息。邻居3节点918在所有方向952、954、956上生成950发现信标。新节点912以信标响应958对邻居3节点918进行响应。邻居2节点916在所有方向962、964、966上生成960发现信标。将会注意到，新节点对此无响应，可能超出了范围。邻居1节点914在所有方向970、972、974上生成968发现信标。新节点912用信标响应976响应邻居1节点914。新节点912将注册请求978发送到中央实体922。然后，中央实体922向所有节点(包括现在作为信标主控调度的新节点)982、984、986、988、990、992通告980信标主控调度表。
因此，鉴于以上内容，可以看出，如果新节点通过发送探测请求和接收的探测响应来找到邻居节点，则该邻居节点将与中央控制器通信以调度该邻居节点以帮助该新节点。中央控制器更新信标主控时间表，以协助新节点，并在新节点许可协议完成时管理回到先前的时间表。新节点连接到网络后，它可以向中央控制器发送注册请求，以将其包含在将来的信标主控时间表中并调整其发现扫描图。中央通过更新整个网络的网络信标主控时间表和发现扫描图来控制响应。
4.9、新节点邻居发现的高效网状协作
一旦通过被动或主动扫描将新节点的存在通知给网状节点，则网状协调网状节点之间的发现过程。节点被安排为在数据传输间隔(DTI)时段期间在所有方向上传输其网络通告帧，其与发现信标具有相同的功能，但可以在DTI时段中进行传输。每个网状节点根据新节点的能力在许多周期内重复信标的传输。网状节点完成后，新的网状节点开始发送其通告帧。在每个通告帧的传输周期结束时，在每个天线扇区中，为SSW帧交换分配时隙。在至少一个实施例中，在所有周期和SSW时隙的传输结束时为对等链路建立保留一段时间。在常规帧中进行信标传输时，如果新节点已连接到网状节点，则对等信标和已分配的SSW时隙被添加并专用于具有MSTA B的新节点。
图38A和图38B描绘了在MSTA A 1012、MSTA B 1014、MSTA C 1016之间的上述过程的示例实施例1010。在图38A中，看到了信标1030、1032、1034，其在辅助发现时段1018信标之前有ABFT和DTI时段。在该辅助发现时段中，看到广播帧1022、1024、1026，在它们之间是SSW帧交换1020，其后是可能的链路建立时隙1028。在图38B中，发送信标1036、1038、1040，之后是ABFT和DTI通信。
此技术将避免网状网络中使用的信标主控交换协议的任何中断，其中不需要交换信标主控来协助协议中的新节点。
4.10、简化的高效信标模式
在本节中，将描述一种简单的操作模式。网状节点按周期性顺序分配了主信标角色。为每个网状节点分配了开始发送发现信标的时间，充当信标主控的信标数量(发现时段)以及重复其作用的时段(主信标间隔)。中心实体或网状节点可能负责管理此操作。如果没有中心实体，则某些信息也可以在网状配置文件(发现时段和主信标时段)中定义。网状节点可以从预定义的时隙或通过信道感知随机选择时间以开始其发现时段。
当新节点尝试加入网状网络时，它可以被动地侦听主信标间隔，以接收在不同发现时段中传输的所有信标。可以通过在一个网状节点发现新节点后在网状节点之间进行协调来应用网状辅助的形式。如图38A和图38B所示，这是通过调度节点在DTI时段中发送信标。另一种形式的协助，是强制新节点在所有方向上发送探测请求，并强制网状节点侦听来自新节点的探测请求。
4.11、新帧格式
4.11.1、信标响应
当新节点(STA)使用被动扫描并发现信标时，需要此帧。新的STA发送信标响应以通知发现的STA其存在。如果需要，此框架也可以用于触发波束成形训练。在至少一个实施例中，辅助请求消息的帧包含以下信息：(a)NSID-指示要辅助的新STA；(b)SSID/SSID列表-提供新STA试图连接的SSID列表；(c)DMG功能-指示新的STA支持的功能；(d)网状ID-网状标识元素；(e)辅助请求标志-指示新的STA是否正在请求网状发现辅助；(f)波束成形训练请求-指示新的STA是否正在请求波束成形训练；(g)信标ID-MSTA发现信标ID；(h)波束ID-在定向发送信标响应消息的情况下，发送波束ID；(i)消息计数器-如果从全向/准全向天线多次发送帧的情况下的消息计数器。
4.11.2、信标响应ACK
在被动扫描的情况下，此消息帧从发现的MSTA发送到新的STA，以确认信标响应消息的接收并设置网状发现辅助阶段。在至少一个实施例中，信标响应ACK消息的帧包含以下信息：(a)辅助确认-提供网状辅助确认；(b)新的STA最佳发射波束-如果新的STA定向发送信标响应，则指示新的STA的最佳发射波束；(c)辅助信息-辅助协调信息。
4.11.3、发现信标
这是类似于常规802.11DMG信标帧的帧，但是具有一些允许其他功能的元素。信标主控向所有方向传输这些帧，以帮助发现和通告网络。该帧包含用于新节点发现网络的特定详细信息，并且不同于旨在同步和管理网状对等体和连接的STA的对等信标。如果新节点发现不需要802.11DMG信标的许多元素，则可以将其删除或视为可选元素。一旦节点连接到网状网络，它就可以通过对等信标接收所有省略的信息。这是一个非常轻便(低开销)的信标，并且具有节点用于发现网状节点、形成连接并开始接收对等信标的基本信息。在至少一个实施例中，辅助响应消息的帧包含以下信息：(a)信标类型-发现或对等信标；(b)当前的BM倒数计时器-到下一BM周期的倒数计时器。
4.11.4、对等信标
这是与常规802.11DMG信标帧相似的帧，但具有一些提供其他功能的元素。这些帧被所有节点沿其各自方向或仅沿其方向传输到其对等STA。该信标用于例如同步，频谱和信道管理的信标功能。该信息允许网络中的节点管理网络并传播信标主控信息。如果当前网状STA不需要802.11DMG信标的许多元素，则可以将其删除或视为可选元素，而这些元素仅用于新节点发现和网状形成。在至少一个实施例中，辅助响应消息的帧包含以下信息：(a)信标类型-发现或对等信标；(b)当前BM ID-当前信标主控的节点ID；(c)BM选择标准-基于随机或序列的；(d)将来的BM ID或BM序列-指定下一BM ID或BM序列号；(e)当前的BM倒数计时器-到下一个BM周期开始的倒数计时器；(f)扩展信标主控信息-如果它具有值，则表明更多信息附加在对等信标上以帮助BM更新；(g)发现时段-形成发现时段的BI的数量；(h)信标主控间隔-形成信标主控间隔的BI数量。如果定义了扩展信标主控信息，则该信标包含形成某些动作所需的一些信息元素。
4.11.4.1、新节点通告消息
该信息元素用于通知当前的信标主控网络中存在某个网状节点发现的新节点。找到新节点的节点形成该元素，其他节点将其转发到当前BM。在至少一个实施例中，辅助响应消息的帧包含以下信息：(a)新节点ID-发现或对等信标；(b)发现节点ID-当前信标主控的节点ID；(c)发现节点扇区ID-发现新节点的节点的扇区；(d)新节点功能-新节点报告的功能。
4.11.4.2、信标主控临时时间表更新
该信息元素用于中断和更新信标主控的时间表。如果有新节点加入网络并且已为它安排了发现活动，则系统可以使用此信息元素。在至少一个实施例中，辅助响应消息的帧包含以下信息：(a)调度的信标主控的数量-被紧急调度以帮助新节点的信标主控的数量；(b)新节点ID-要辅助的新节点的节点ID；(c)BM 1、BM 2、BM 3、…-用作信标主控的调度节点的节点ID的列表。
4.11.4.3、注册请求
这是为了通知当前的信标主控，新节点请求注册为将来的信标主控。节点还可能决定一段时间不充当信标主控，然后切换以启用信标主控选项。该请求标志允许其他节点为将来的发现周期调度该节点。在至少一个实施例中，辅助响应消息的帧包含以下信息：节点ID-需要注册为将来的BM的节点的ID。
4.11.4.4、信标主时间表更新
这是为了通知网络中的节点有关稳态信标主控切换更新中的新更新。这可以采用添加新节点或从当前节点列表或当前序列中删除节点的形式。在至少一个实施例中，信标主控时间表包括以下字段：(a)要更新的节点数-从列表或序列中添加或删除的信标主控的数目；(b)新节点ID-要从节点列表或序列中添加或删除的节点的节点ID；(c)动作-添加或删除节点；(d)新序列-添加或删除新节点后列表的新更新序列。
5、总结
执行信号的传输的具有定向传输的无线通信系统/装置/方法，其，该信号有助于扫描网状网络，以发现并维护网状网络中对等STA之间的链路，包括：(a)STA传输第一类型的信标以维护一个或多个个相邻对等STA中的现有链路，其中(a)(i)第一类型的信标包含时间同步和资源管理信息；(a)(ii)STA以减少的天线扇区数量发送第一类型的信标；(b)STA发送第二类型的信标以帮助新加入的STA的网络发现，其中(b)(i)第二类型的信标包含用于识别运营网络的网状网络配置文件信息；(b)(ii)STA在网络中其他STA之间协调的情况下传输第二类型的信标。
除上述之外，在至少一个实施例中，正在搜索附近的可用网络的STA执行主动扫描或被动扫描，该STA发送信号以通知网络发现的意图。
除上述之外，在至少一个实施例中，在接收到通知网络发现的意图的信号后，现有网络中的一个或多个STA调度向寻找可用网络的STA的发现信标的传输。
除上述之外，在至少一个实施例中，接收到通知网络发现意图的所述信号的STA将接收到的信息的子集发送到网络的调度实体，网络的调度实体从网络中的STA收集信息，确定发现信标的传输时间和传输STA，并将发现信标的传输时间通知传输STA。
除上述之外，在至少一个实施例中，接收到所述发现的所述传输时间的STA按照所接收的信息的指示来传输发现信标。
除上述之外，在至少一个实施例中，STA从其相邻的对等STA收集关于新加入的STA的信息，并确定发现信标的传输定时，并根据确定来传输发现信标。
除上述之外，在至少一个实施例中，网状STA可以在数据传输时段期间协调到新节点的所有方向上的网络通告帧的传输，以帮助快速邻居发现。
可以在各种毫米波发射机、接收机和收发器中轻松实现本技术中描述的增强功能。还应当意识到，现代的发射机、接收机和收发机优选地被实现为包括一个或多个计算机处理器设备(例如，CPU，微处理器，微控制器，启用计算机的ASIC等)以及相关联的存储器存储指令(例如，RAM，DRAM，NVRAM，FLASH，计算机可读介质等)，从而在处理器上执行存储在存储器中的编程(指令)以执行本文所述的各种处理方法的步骤。
为了简化说明，未在图中示出计算机和存储器设备，因为本领域的普通技术人员认识到使用计算机设备来执行与各种现代通信设备有关的步骤。就存储器和计算机可读介质而言，所呈现的技术是非限制性的，只要它们是非暂时性的，并且因此不构成暂时性的电子信号。
还应当理解，这些计算系统中的计算机可读介质(存储指令的存储器)是“非暂时性的”，其包括任何和所有形式的计算机可读介质，唯一的例外是暂时性的传播信号。因此，所公开的技术可以包括任何形式的计算机可读介质，包括那些是随机访问的介质(例如，RAM)，需要定期刷新(例如，DRAM)，随时间推移而退化的介质(例如，EEPROMS，磁盘介质)，或仅在短时间内和/或仅在通电的情况下存储数据的介质，唯一的限制是术语“计算机可读介质”不适用于瞬态的电子信号。
这里可以参考根据该技术的实施例的方法和系统的流程图和/或过程，算法，步骤，操作，公式或其他计算描述的流程图来描述本技术的实施例，其也可以被实现为计算机程序产品。在这方面，流程图的每个框或步骤以及流程图中框(和/或步骤)的组合，以及任何过程，算法，步骤，操作，公式或计算描述都可以通过各种方式实现，诸如硬件、固件和/或软件，包括体现在计算机可读程序代码中的一个或多个计算机程序指令。将会理解，任何这样的计算机程序指令可以由一个或多个计算机处理器执行，包括但不限于通用计算机或专用计算机或其他可编程处理装置以产生机器，从而在计算机处理器或其他可编程处理设备上执行的计算机程序指令创建用于实现指定功能的部件。
因此，本文描述的流程图的框，以及过程，算法，步骤，操作，公式或计算描绘支持用于执行指定功能的部件的组合，用于执行指定功能的步骤的组合以及计算机程序指令，例如包含在计算机可读程序代码逻辑部件中的程序指令，用于执行指定的功能。还应理解，流程图说明的每个方框以及本文所述的任何过程，算法，步骤，操作，公式或计算描述及其组合可以通过执行指定的功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统来实现，或通过专用硬件和计算机可读程序代码的组合来实现。
此外，这些计算机程序指令(例如包含在计算机可读程序代码中的指令)也可以存储在一个或多个计算机可读存储器或可以指导计算机处理器或以特定方式运行的其他可编程处理装置的存储器设备中，从而使得存储在计算机可读存储器或存储器设备中的指令产生包括指令部件的制品，该指令部件实现在流程图的方框中指定的功能。所述计算机程序指令还可以由计算机处理器或其他可编程处理装置执行，以使一系列操作步骤在所述计算机处理器或其他可编程处理装置上执行以产生计算机实现的处理，从而使得在计算机处理器或其他可编程处理装置上执行的指令提供用于实现流程图，程序，算法，步骤，操作，公式或计算描述中指定的功能的步骤。
还将意识到，如本文所使用的术语“编程”或“可执行程序”是指可以由一个或多个计算机处理器执行以执行如本文所述的一个或多个功能的一个或多个指令。指令可以以软件、固件或软件和固件的组合来体现。指令可以非暂时性介质存储在设备的本地中，或者可以远程存储在服务器上，例如，全部或部分指令可以本地和远程存储。可以通过用户启动或基于一个或多个因素自动将远程存储的指令下载(推送)到设备。
还将意识到，如本文所使用的，术语处理器、硬件处理器、计算机处理器、中央处理单元(CPU)和计算机被同义地用来表示能够执行指令并与输入/输出接口和/或外围设备进行通信的设备，术语处理器、硬件处理器、计算机处理器、CPU和计算机旨在涵盖单个或多个设备、单核和多核设备及其变体。
根据本文的描述，应当理解，本公开包括多个实施例，这些实施例包括但不限于以下：
1、一种用于在网状网络中进行无线通信的装置，该装置包括：(a)无线通信电路，该无线通信电路被配置为利用具有多个各自具有不同传输方向的天线方向图扇区的定向传输来与其他无线通信站进行无线通信；(b)耦合到所述无线通信电路的处理器；以及(c)非暂时性存储器，其存储可由处理器执行的指令；(d)其中，所述指令在由处理器执行时执行以下步骤：(d)(i)传输包括时间同步和资源管理信息的对等信标，其是第一类型的信标，以维护网状网络内一个或多个相邻对等站之间的现有链路；以及(d)(ii)发送网络发现信标，其是第二类型的信标，包含标识所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助网络发现以使无线通信站加入所述网状网络。
2、一种用于在网状网络中进行无线通信的装置，该装置包括：(a)无线通信电路，该无线通信电路被配置为利用具有多个分别具有不同传输方向的天线方向图扇区的定向传输来与其他无线通信站进行无线通信；(b)其中所述定向传输帮助扫描网状网络，以发现并维护所述网状网络中对等站之间的链路；(c)耦合到所述无线通信电路的处理器；(d)非暂时性存储器，其存储可由处理器执行的指令；(e)其中所述指令在由处理器执行时执行以下步骤：(e)(i)发送对等信标，其为第一类型的信标，包括时间同步和资源管理信息，以维护网状网络内的一个或多个相邻对等站之间的现有链路；其中，基于对等体位置，从所述多个天线方向图扇区向减少数量的天线扇区方向发送所述第一类型的信标；以及(e)(ii)发送网络发现信标，其为第二类型的信标，其包含标识所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助网络发现以使无线通信站加入所述网状网络，其中在所述网状网络中的站点之间进行协调之后传输所述第二类型的信标，使得并非所有站点都需要发送所述第二类型的信标。
3、一种在网状网络中的无线通信的方法，该方法包括：(a)传输包括时间同步和资源管理信息的对等信标，其为第一类型的信标，以维护利用具有多个天线方向图扇区的定向传输的无线通信站的网状网络内的一个或多个相邻对等站之间的现有链路，每个天线方向图扇区具有不同传输方向；以及(b)传输网络发现信标，其为第二类型的信标，包含标识所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助网络发现以使无线通信站加入所述网状网络。
4、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中所述定向传输帮助扫描网状网络以发现并维护所述网状网络中的对等站之间的链路。
5、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中所述指令在由处理器执行时执行基于对等体位置从所述多个天线方向图扇区向减少数量的天线扇区方向传输所述第一类型的信标。
6、根据前述权利要求中任一项所述的装置或方法，其中，所述指令在由处理器执行时利用所述网状网络中的站之间的协调来执行所述第二类型的信标的传输，由此并非所有站都需要发送所述第二类型的信标。
7、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：利用主动扫描或被动扫描搜索附近的可用网络，以及通过传输信号以通知意图加入所述网状网络来响应接收到所述网络发现信标。
8、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：传输用于通知意图加入所述网状网络的信号，其中所述网状网络中的接收用于通知意图加入所述网状网络的所述信号的至少一个站调度发现信标向搜索以加入网状网络的站的传输。
9、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：向所述网状网络的调度实体传输从发送用于通知意图加入所述网状网络的所述信号的站接收的信息的子集，其中所述网状网络的调度实体从网络中的站收集信息，确定传输时间和至少一个传输站以生成所述发现信标，并且向这些站传输关于所述发现信标的传输时间的通知。
10、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中所述指令在由处理器执行时进一步执行以下步骤：响应于从所述网状网络的所述调度实体接收到的在所述传输时间传输发现信标的指令来传输发现信标。
11、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：从其相邻对等站收集与新加入网状网络的站有关的信息，确定发现信标的传输定时，以及在所确定的定时传输发现信标。
12、根据任一前述实施例所述的装置或方法，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：协调所述网状网络中的站之间的网络通告帧的传输，其中，响应于所述协调，所述网状网络中的至少一个所述站在数据传输时段期间在所有方向上向新节点传输所述网络通告帧以帮助邻居发现。
13、根据任一前述实施例所述的装置或方法，还包括基于对等体位置，从所述多个天线方向图扇区向减少数量的天线扇区方向传输所述对等信标。
14、根据任一前述实施例所述的装置或方法，还包括利用所述网状网络中的站之间的协调来传输所述发现信标，由此并非所有站都需要发送所述发现信标。
如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，单数术语“一”、“一个”和“该”可以包括复数个指示物。除非明确声明，否则以单数形式提及对象并不意味着“一个并且只有一个”，而是“一个或多个”。
如本文所用，术语“集合”是指一个或多个对象的集合。因此，例如，对象的集合可以包括单个对象或多个对象。
如本文所使用的，术语“基本上”和“大约”用于描述和说明小的变化。当与事件或情况结合使用时，这些术语可以指事件或情形精确发生的情况以及事件或情形发生非常接近的情况。当与数值结合使用时，这些术语可以指的是小于或等于该数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％，小于或等于±4％，小于或等于±3％，小于或等于±2％，小于或等于±1％，小于或等于±0.5％，小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。例如，“基本上”对准可以指小于或等于±10°，例如小于或等于±5°，小于或等于±4°，小于或等于±3°，小于或等于±2°，小于或等于±1°，小于或等于±0.5°，小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°的角度变化范围。
另外，数量、比率和其他数值有时可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式是为了方便和简洁而使用的，并且应该灵活地理解为包括明确指定为范围限制的数值，但也包括该范围内包括的所有单个数值或子范围，就好像每个数值和子范围均已明确指定。例如，在大约1至大约200范围内的比率应被理解为包括明确列举的大约1和大约200的极限，但是还包括诸如大约2、大约3和大约4的单个比率，以及例如约10至约50，约20至约100等的子范围。
尽管本文的描述包含许多细节，但是这些细节不应被解释为限制本公开的范围，而仅被视为提供一些当前优选实施例的图示。因此，将意识到，本公开的范围完全涵盖对于本领域技术人员而言将变得显而易见的其他实施例。
本领域普通技术人员已知的与所公开的实施例的元件的所有结构和功能上的等同物通过引用明确地并入本文，并且意在被本权利要求所涵盖。此外，无论在权利要求中是否明确列举了元件、组件或方法步骤，本公开中的任何元件、组件或方法步骤都不旨在献给公众。除非使用短语“用于……的装置”明确叙述该要素，否则本文的权利要求要素均不应被解释为“装置加功能”要素。除非使用短语“用于……的步骤”明确叙述该要素，否则本文的权利要求要素均不应被解释为“步骤加功能”要素。
表格1
图33中例示的发现区形成
Figure BDA0002385906030000491

Claims (20)

1.一种用于网状网络中的无线通信的装置，所述装置包括：
(a)无线通信电路，所述无线通信电路被配置为利用具有多个天线方向图扇区的定向传输来与其他无线通信站进行无线通信，其中每个天线方向图扇区具有不同的传输方向；
(b)耦合到所述无线通信电路的处理器；和
(c)非暂时性存储器，其存储处理器可执行的指令；
(d)其中，所述指令在由处理器执行时执行包括以下内容的步骤：
(i)发送对等信标，其为第一类型的信标，包括时间同步和资源管理信息，以维护网状网络内一个或多个相邻对等站之间的现有链路；和
(ii)发送网络发现信标，其为第二类型的信标，包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助网络发现以使无线通信站加入所述网状网络。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定向传输辅助扫描以进行网状网络发现并维护所述网状网络中的对等站之间的链路。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时基于对等体位置执行所述第一类型的信标从所述多个天线方向图扇区向减少数量的天线扇区方向的传输。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时利用所述网状网络中的站之间的协调来执行所述第二类型的信标的传输，由此并非所有站都需要发送所述第二类型的信标。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：利用主动扫描或被动扫描搜索附近的可用网络，以及通过传输信号以通知意图加入所述网状网络来响应接收到所述网络发现信标。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：传输用于通知意图加入所述网状网络的信号，其中所述网状网络中的接收用于通知意图加入所述网状网络的所述信号的至少一个站调度发现信标向搜索以加入网状网络的站的传输。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：向所述网状网络的调度实体传输从发送用于通知意图加入所述网状网络的所述信号的站接收的信息的子集，其中所述网状网络的调度实体从网络中的站收集信息，确定传输时间和至少一个传输站以生成所述发现信标，并且向这些站传输关于所述发现信标的传输时间的通知。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时进一步执行以下步骤：响应于从所述网状网络的所述调度实体接收到的在所述传输时间传输发现信标的指令来传输发现信标。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：从其相邻对等站收集与新加入网状网络的站有关的信息，确定发现信标的传输定时，以及在所确定的定时传输发现信标。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：协调所述网状网络中的站之间的网络通告帧的传输，其中，响应于所述协调，所述网状网络中的至少一个所述站在数据传输时段期间在所有方向上向新节点传输所述网络通告帧以帮助邻居发现。
11.一种用于网状网络中的无线通信的装置，所述装置包括：
(a)无线通信电路，所述无线通信电路被配置为利用具有多个天线方向图扇区的定向传输来与其他无线通信站进行无线通信，其中每个天线方向图扇区具有不同的传输方向；
(b)其中所述定向传输帮助扫描以进行网状网络发现并维护所述网状网络中对等站之间的链路；
(c)耦合到所述无线通信电路的处理器；和
(d)非暂时性存储器，其存储处理器可执行的指令；
(e)其中，所述指令在由处理器执行时执行包括以下内容的步骤：
(i)发送对等信标，其为第一类型的信标，包括时间同步和资源管理信息，以维护网状网络内一个或多个相邻对等站之间的现有链路；其中，基于对等体位置，从所述多个天线方向图扇区向减少数量的天线扇区方向传输所述第一类型的信标；和
(ii)发送网络发现信标，其为第二类型的信标，包含标识所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助网络发现以使无线通信站加入所述网状网络，其中在所述网状网络中的站点之间协调之后传输所述第二类型的信标，使得并非所有站都需要发送所述第二类型的信标。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时进一步执行以下步骤：利用主动扫描或被动扫描搜索附近的可用网络，以及通过传输信号以通知意图加入所述网状网络来响应接收到所述网络发现信标。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：传输用于通知意图加入网状网络的信号，其中所述网状网络中的接收用于通知意图加入所述网状网络的所述信号的至少一个站调度发现信标向搜索加入网状网络的站的传输。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：向所述网状网络的调度实体传输从发送用于通知意图加入所述网状网络的所述信号的站接收的信息的子集，其中所述网状网络的调度实体从网络中的站收集信息，确定传输时间和至少一个传输站以生成所述发现信标，并且向这些站传输关于所述发现信标的传输时间的通知。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时进一步执行以下步骤：响应于从所述网状网络的所述调度实体接收到的在所述传输时间传输发现信标的指令来传输发现信标。
16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：从其相邻对等站收集与新加入网状网络的站有关的信息，确定发现信标的传输定时，以及在所确定的定时传输发现信标。
17.根据权利要求11所述的装置，其中，所述指令在由处理器执行时还执行以下步骤：协调所述网状网络中的站之间的网络通告帧的传输，其中，响应于所述协调，所述网状网络中的至少一个所述站在数据传输时段期间在所有方向上向新节点传输所述网络通告帧以帮助邻居发现。
18.一种在网状网络中的无线通信的方法，所述方法包括：
(a)传输对等信标，其为第一类型的信标，包括时间同步和资源管理信息，以维护利用具有多个天线方向图扇区的定向传输的无线通信站的网状网络内的一个或多个相邻对等站之间的现有链路，每个天线方向图扇区具有不同传输方向；和
(b)传输网络发现信标，其为第二类型的信标，包含标识所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助网络发现以使无线通信站加入所述网状网络。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括基于对等体位置，从所述多个天线方向图扇区向减少数量的天线扇区方向传输所述对等信标。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括利用所述网状网络中的站之间的协调来传输所述发现信标，由此并非所有站都需要发送所述发现信标。
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